Un sensor electro-óptico para la detección ambiental de contaminantes
15.07.2019
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Polímero de coordinación como sensor para detectar acetonitrilo. Imagen: Scixel. |
Investigadores del instituto IMDEA Nanociencia han desarrollado un polímero de coordinación para la detección química de acetonitrilo con una sencilla lectura electrónica y óptica.
La creciente emisión de compuestos orgánicos volátiles (VOCs por sus siglas en inglés) y el resultante impacto en la calidad del aire y del agua se ha convertido en una de las preocupaciones principales de nuestro tiempo, especialmente en sociedades industrializadas. Algunos VOCs se han identificado como altamente tóxicos y potencialmente cancerígenos, pudiendo causar un impacto en la salud y también en los ecosistemas naturales. Los VOCs son emitidos por muchos productos de uso diario lo que hace el control de sus emisiones particularmente difícil y crítico. Uno de estos VOCs es el acetonitrilo, un disolvente orgánico usado principalmente en la industria extractiva, en el teñido de textiles, como limpiador de metales y también en baterías. La exposición al acetonitrilo ocurre principalmente mediante inhalación, dada su alta volatilidad, y mediante el contacto directo con la piel en los lugares de trabajo donde este disolvente es usado. Estudios toxicológicos han probado que la exposición a niveles altos de acetonitrilo pueden producir náuseas, neurotoxicidad, alteración de la capacidad motora y de la respiración, y en los casos más extremos, la muerte.
Para la detección de estos compuestos, en la actualidad se emplean técnicas muy precisas, como son la cromatografía de gases o la espectroscopía de masas. Sin embargo, estas técnicas presentan algunos inconvenientes para la detección rápida de sustancias, dado que no son fácilmente portables, cuentan con una selectividad restringida y conllevan una dedicada preparación previa de las muestras, además de la necesidad de contar con técnicos especializados. Dados estos inconvenientes, recientemente se han considerado alternativas más eficientes como son los polímeros de coordinación como elementos clave de una futura generación de sensores. Los polímeros de coordinación pueden albergar VOCs a través de un proceso de difusión en su red cristalina. Este proceso produce una respuesta medible en las propiedades de estos materiales, de acuerdo a la definición de sensor químico. Es decir, estos sensores químicos pueden exhibir un cambio fácilmente detectable en una propiedad físico-química, como por ejemplo, su luminiscencia, conductividad eléctrica, su comportamiento magnético e incluso su color observable a simple vista.
Los grupos del Prof. Enrique Burzurí y Prof. J. Sanchez Costa en IMDEA Nanociencia han propuesto el uso de un polímero de coordinación simple, no poroso, que muestra una transición magneto-estructural bajo la absorción/expulsión de moléculas de acetonitrilo de su estructura. Este cambio es reversible, y produce una respuesta fácilmente medible. La respuesta se manifiesta principalmente de dos formas: en el cambio de color del polímero de naranja a amarillo y en el incremento abrupto de su conductividad eléctrica. Ambas respuestas son fácilmente observables, bien a simple vista o mediante una medida sencilla de corriente, constituyendo una obvia ventaja con respecto a las costosas técnicas de análisis anteriormente mencionadas. Además, estas respuestas ocurren a temperaturas bien definidas, próximas a las condiciones ambientales. Hoy en día, hasta donde sabemos, éste es el primer ejemplo de un material molecular que exhibe todas estas propiedades macroscópicas a la misma vez.
Este trabajo es el resultado de una colaboración entre grupos de investigación de IMDEA Nanociencia y ha sido cofinanciado por la Comisión Europea (MSCA-IF), el Ministerio de Economía y Competitividad (Ramón y Cajal), la Comunidad de Madrid, así como el Programa de Centros de Excelencia Severo Ochoa, otorgado a IMDEA Nanociencia en el año 2017. Los autores agradecen al Sincrotrón ALBA (Barcelona), línea de luz XALOC, y al Advanced Light Source (Berkeley).
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José Sánchez Costa
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Fuente: IMDEA Nanociencia